荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置
【課題】イオン化したガスクラスターを適切に偏向することが可能な荷電粒子選別装置を提供する。
【解決手段】イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は2枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする荷電粒子選別装置を提供することにより上記課題を解決する。
【解決手段】イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は2枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする荷電粒子選別装置を提供することにより上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数個の原子等が凝集してできるガスクラスターは特異な物理化学的挙動を示し、広い分野における利用が検討されている。即ち、ガスクラスターからなるクラスターイオンビームは、従来困難であった固体表面から数ナノメートルの深さの領域で、イオン注入、表面加工、薄膜形成を行うプロセスに適している。
【0003】
ガスクラスター発生装置においては、加圧ガスの供給を受けて原子の数が数100〜数1000となるクラスターを発生させることが可能である。ガスクラスター発生装置では、発生するクラスターにおける原子の数は確率的に存在し、ガスクラスターの質量には幅を有しており、実用的には、ガスクラスターの質量に基づいて選別する必要がある。
【0004】
このため、発生したクラスターをイオン化し、質量に基づいて選別する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−71642号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、引用文献1に記載されているイオン化したクラスターの選別方法では、電極に電界を印加することにより、イオン化したクラスターを選別する方法であるが、通常このような電極は平板状の2枚の電極を対向して設置した構成のものである。
【0007】
このような構成の電極は、排気系等が設けられていない場合には、問題はないものの、排気系等を有している場合には、排気に影響を与え、電極の設けられている領域の近傍と、電極の設けられていない領域の近傍において圧力差を生じ、イオン化したクラスターの特性が変化してしまう。
【0008】
また、クラスターが、電極に衝突する場合があり、この場合、衝突したクラスターが分解し、電極間における圧力を上昇させ、イオン化したクラスターの円滑な選別に悪影響を与える場合がある。
【0009】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、イオン化したクラスターを質量またはイオン化されている価数に応じて、良好に選別することが可能な荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は2枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、前記電極における開口部又は間隙は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に対し、垂直方向に設けられたものであることを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、前記電極は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向と垂直方向に延びる複数の導体棒を、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に沿って配列させたものであることを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、前記電極を構成する導体棒のピッチをPとし、前記電極間の間隔をDとした場合に、D/Pの値は1以上であることを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、前記電極は、網目状に形成されているものであることを特徴とする。
【0015】
また、本発明は、前記電界印加部は、複数設けられていることを特徴とする。
【0016】
また、本発明は、ガスクラスターを生成するガスクラスター生成部と、前記ガスクラスターをイオン化するイオン化電極と、前記イオン化したガスクラスターを加速するための加速電極と、前記加速したイオン化したガスクラスターにおいて、所定の価数のイオン化したガスクラスターを選別するための前記記載の荷電粒子選別装置と、を有し、前記荷電粒子選別装置より射出されたイオン化したガスクラスターを部材に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、イオン化したクラスターを質量またはイオン化されている価数に応じて、良好に選別することが可能な荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明における荷電粒子照射装置の構成図
【図2】第1の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図3】第1の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の斜視図
【図4】第1の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の構成図
【図5】第1の実施の形態における電極による電界分布図(1)
【図6】第1の実施の形態における電極による電界分布図(2)
【図7】第1の実施の形態における電極による電界分布図(3)
【図8】第1の実施の形態における電極による電界分布図(4)
【図9】第2の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の斜視図
【図10】第3の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図(1)
【図11】第3の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図(2)
【図12】第3の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図(3)
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【0020】
〔第1の実施の形態〕
(荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置)
第1の実施の形態について説明する。本実施の形態は、発生したガスクラスターを選別する荷電粒子選別装置及び荷電粒子選別装置により選別された荷電粒子を基板等に照射する荷電粒子照射装置に関するものである。
【0021】
図1に基づき、本実施の形態における荷電粒子照射装置について説明する。本実施の形態における荷電粒子照射装置は、ガスクラスターを生成するノズル部11、イオン化電極12、加速電極13、クラスター選別部14を有している。尚、クラスター選別部14は本実施の形態の荷電粒子選別装置に相当する。
【0022】
ノズル部11では、圧縮されたガスによりガスクラスターが生成される。具体的には、高圧状態でノズル部11に供給されたガスが、ノズル部11より噴出することにより、ガスクラスターが生成される。この際に用いられるガスは、酸素及びアルゴン等のガスであり、常温で気体状態を示すものが好ましい。
【0023】
このように、アルゴン等を供給することにより、アルゴン等のガスクラスターが生成されるが、生成されるガスクラスターの原子の数は一定ではなく、様々な原子の数のガスクラスターが生成される。
【0024】
イオン化電極12では、生成されたガスクラスターをイオン化する。これにより、生成されたガスクラスターがイオン化されるが、イオン化される価数は一定ではなく、1価、2価、3価等にイオン化されたガスクラスターが生成される。
【0025】
次に、加速電極13によりイオン化したガスクラスターが加速される。この際、ガスクラスターは、ガスクラスターを構成する原子の数の平方根、即ち、質量の平方根に反比例する速度で加速される。また、イオン化されている価数の平方根に比例する速度で加速される。
【0026】
次に、クラスター選別部14においてガスクラスターがイオン化されている価数に応じて選別される。本実施の形態では、1価のイオン化したガスクラスター15のみを選別することができる。
【0027】
尚、本実施の形態では、イオン化したガスクラスター15について、価数に応じて選別する方法について説明するが、同様の装置構成によりイオン化したガスクラスター15について質量数に応じて選別することも可能である。
【0028】
クラスター選別部14について、図2に基づき説明する。図2は、本実施の形態におけるクラスター選別部14の構成図である。
【0029】
本実施の形態におけるクラスター選別部14は、1組の電界印加部21、スリット24及び電源25を有している。
【0030】
電界印加部21は、電極22及び23により構成されており、電極22と電極23との間に電圧を印加することにより電極22と23との間に電界を発生させる。
【0031】
電圧の印加は電源25によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極22に対し、電極23には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源25により調整可能である。
【0032】
また、スリット24は、電界印加部21を通過した粒子のうち、電界印加部21により偏向された粒子が通過することが可能な開口部24aを有しており、直進方向に進む粒子は、破線の矢印で示すように、スリット24の開口部24aを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部14では、実線の矢印で示されるような、電界印加部21により偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【0033】
図3に示すように、本実施の形態では、電界印加部21を構成する電極22及び23が、金属等の導電性材料からなる導体棒を複数配列した構成となっている。図3は、電界印加部21の斜視図であり、図4(a)は、電界印加部21の側面図であり、図4(b)は、電界印加部21の上面図である。イオン化したクラスターは矢印Aに示す方向に進行する。電界印加部21を構成する電極22及び23は、複数の導体棒22a及び23aが略平行に配列した構成となっている。導体棒22aは、導体棒22aの延びる方向が、イオン化したクラスターの進行方向である矢印Aに示す方向と略垂直方向となるように配置されており、矢印Aに示す方向に沿って配列されている。同様に、導体棒23aの延びる方向は、イオン化したクラスターの進行方向である矢印Aに示す方向と略垂直方向となるように配置されており、矢印Aに示す方向に沿って配列されている。このように導体棒22a及び23aを配置することにより、所定の条件において、電極22と電極23との間における電界分布を略均一なものとすることができる。
【0034】
ここで、導電棒22a及び23aの配置と電界分布の関係について説明する。具体的には、図4に示すように、電極22を構成する複数の導体棒22aが配列されているピッチをPとし、電極22と電極23との間隔をDとした場合における電界分布の状態を調べた結果について説明する。尚、電極23を構成する複数の導体棒23aが配列されているピッチも電極22と同じピッチPで配列されている。
【0035】
図5は、D/Pの値が0.5となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極22と電極23との間で乱れており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することは困難なものと考えられる。
【0036】
図6は、D/Pの値が1となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。この場合も図5と同様に、電界分布は電極22と電極23との間で乱れており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【0037】
図7は、D/Pの値が2となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極22と電極23との間で略均一に分布しており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【0038】
図8は、D/Pの値が2.5となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極22と電極23との間でより一層均一に分布しており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【0039】
以上の結果より、D/Pの値が1以上であれば、電極間における電界分布を均一にすることができ、イオン化したクラスターを適切に偏向することができるものと考えられる。
【0040】
また、本実施の形態では、電極22及び23は、各々導体棒22a及び23aを各々所定の間隔に配置した構成であることから、近傍に排気系を有していても、導体棒22a間又は導体棒23a間より気流が排出される。このため、電極22及び23を設けた場合においても、排気される気流に殆ど影響を与えることがなく、イオン化されたクラスターの偏向特性に悪影響を与えることはない。
【0041】
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態におけるクラスター選別部14を構成する電界印加部の電極を網目状に形成したものである。
【0042】
図9に、本実施の形態における電界印加部における電極の構成を示す。本実施の形態における電圧印加部は、細い銅線等を縦横に配列させた網目状の電極32及び33により構成されており、電極32及び33に電圧を印加することにより、電極32及び33の間に電界分布を生じさせる。
【0043】
本実施の形態では、網目状に構成されている電極32及び33は開口部を有しており、電極32及び33の近傍に排気系等が存在していても、この開口部において気流を流すことができるため、排気等の気流を遮ることなく、イオン化したクラスターの偏向特性に悪影響を与えることはない。
【0044】
本実施の形態における電界印加部は、第1の実施の形態における電界印加部21と同様に用いることができ、これにより、ガスクラスターを選別する荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を得ることができる。
【0045】
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における電極又は第2の実施の形態における電極により構成される電界印加部を複数有する構成の荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置である。
【0046】
図10に本実施の形態における荷電粒子選別装置の構成を示す。この荷電粒子装置は、2つの電界印加部41、42、スリット43及び電源44を有している。
【0047】
電界印加部41は、電極51及び52により構成されており、電極51と電極52との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部42は、電極53及び54により構成されており、電極53と電極54との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【0048】
電圧の印加は電源44によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極51と54とは電気的に接続されており、また、電極52と53とは電気的に接続されている。電極51及び54に対し、電極52及び53には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加される。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源44により調整可能である。また、スリット43は、2組の電界印加部41及び42を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部43aを有している。
【0049】
この荷電粒子選別装置において、電極51、52、53及び54は、第1の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第2の実施の形態における網目状に構成されている。
【0050】
このような構成により、電界印加部41及び42により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット43の開口部43aを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【0051】
次に、図11に本実施の形態における荷電粒子選別装置の別の構成を示す。この荷電粒子装置は、3つの電界印加部61、62及び63、スリット64及び電源65を有している。
【0052】
電界印加部61は、電極71及び72により構成されており、電極71と電極72との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部62は、電極73及び74により構成されており、電極73と電極74との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部63は、電極75及び76により構成されており、電極75と電極76との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【0053】
電圧の印加は電源65によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極71、74及び75は電気的に接続されており、また、電極72、73及び76は電気的に接続されている。電極71、74及び75に対し、電極72、73及び76には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加される。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源65により調整可能である。また、スリット64は、3組の電界印加部61、62及び63を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部64aを有している。
【0054】
この荷電粒子選別装置において、電極71、72、73、74、75及び76は、第1の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第2の実施の形態における網目状に構成されている。
【0055】
このような構成により、電界印加部61、62及び63により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット64の開口部64aを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【0056】
次に、図12に本実施の形態における荷電粒子選別装置の更に別の構成を示す。この荷電粒子装置は、4つの電界印加部81、82、83、84、スリット85及び電源86を有している。
【0057】
電界印加部81は、電極91及び92により構成されており、電極91と電極92との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部82は、電極93及び94により構成されており、電極93と電極94との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部83は、電極95及び96により構成されており、電極95と電極96との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部84は、電極97及び98により構成されており、電極97と電極98との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【0058】
電圧の印加は電源86によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極91、94、95及び98は電気的に接続されており、また、電極92、93、96及び97は電気的に接続されている。電極91、94、95及び98に対し、電極92、93、96及び97には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加される。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源86により調整可能である。また、スリット85は、4組の電界印加部81、82、83及び84を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部85aを有している。
【0059】
この荷電粒子選別装置において、電極91、92、93、94、95、96、97及び98は、第1の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第2の実施の形態における網目状に構成されている。
【0060】
このような構成により、電界印加部81、82、83及び84により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット85の開口部85aを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【0061】
本実施の形態においては、電界印加部が複数設けられた場合、即ち、形成される電極が多くなった場合においても、排気等の気流に影響を与えることなく、イオン化したクラスターを適切に偏向することができる。
【0062】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【0063】
11 ノズル部
12 イオン化電極
13 加速電極
14 クラスター選別部
21 電界印加部
22 電極
22a 導体棒
23 電極
23a 導体棒
24 スリット
25 電源
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数個の原子等が凝集してできるガスクラスターは特異な物理化学的挙動を示し、広い分野における利用が検討されている。即ち、ガスクラスターからなるクラスターイオンビームは、従来困難であった固体表面から数ナノメートルの深さの領域で、イオン注入、表面加工、薄膜形成を行うプロセスに適している。
【0003】
ガスクラスター発生装置においては、加圧ガスの供給を受けて原子の数が数100〜数1000となるクラスターを発生させることが可能である。ガスクラスター発生装置では、発生するクラスターにおける原子の数は確率的に存在し、ガスクラスターの質量には幅を有しており、実用的には、ガスクラスターの質量に基づいて選別する必要がある。
【0004】
このため、発生したクラスターをイオン化し、質量に基づいて選別する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−71642号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、引用文献1に記載されているイオン化したクラスターの選別方法では、電極に電界を印加することにより、イオン化したクラスターを選別する方法であるが、通常このような電極は平板状の2枚の電極を対向して設置した構成のものである。
【0007】
このような構成の電極は、排気系等が設けられていない場合には、問題はないものの、排気系等を有している場合には、排気に影響を与え、電極の設けられている領域の近傍と、電極の設けられていない領域の近傍において圧力差を生じ、イオン化したクラスターの特性が変化してしまう。
【0008】
また、クラスターが、電極に衝突する場合があり、この場合、衝突したクラスターが分解し、電極間における圧力を上昇させ、イオン化したクラスターの円滑な選別に悪影響を与える場合がある。
【0009】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、イオン化したクラスターを質量またはイオン化されている価数に応じて、良好に選別することが可能な荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は2枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、前記電極における開口部又は間隙は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に対し、垂直方向に設けられたものであることを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、前記電極は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向と垂直方向に延びる複数の導体棒を、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に沿って配列させたものであることを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、前記電極を構成する導体棒のピッチをPとし、前記電極間の間隔をDとした場合に、D/Pの値は1以上であることを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、前記電極は、網目状に形成されているものであることを特徴とする。
【0015】
また、本発明は、前記電界印加部は、複数設けられていることを特徴とする。
【0016】
また、本発明は、ガスクラスターを生成するガスクラスター生成部と、前記ガスクラスターをイオン化するイオン化電極と、前記イオン化したガスクラスターを加速するための加速電極と、前記加速したイオン化したガスクラスターにおいて、所定の価数のイオン化したガスクラスターを選別するための前記記載の荷電粒子選別装置と、を有し、前記荷電粒子選別装置より射出されたイオン化したガスクラスターを部材に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、イオン化したクラスターを質量またはイオン化されている価数に応じて、良好に選別することが可能な荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明における荷電粒子照射装置の構成図
【図2】第1の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図3】第1の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の斜視図
【図4】第1の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の構成図
【図5】第1の実施の形態における電極による電界分布図(1)
【図6】第1の実施の形態における電極による電界分布図(2)
【図7】第1の実施の形態における電極による電界分布図(3)
【図8】第1の実施の形態における電極による電界分布図(4)
【図9】第2の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の斜視図
【図10】第3の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図(1)
【図11】第3の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図(2)
【図12】第3の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図(3)
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【0020】
〔第1の実施の形態〕
(荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置)
第1の実施の形態について説明する。本実施の形態は、発生したガスクラスターを選別する荷電粒子選別装置及び荷電粒子選別装置により選別された荷電粒子を基板等に照射する荷電粒子照射装置に関するものである。
【0021】
図1に基づき、本実施の形態における荷電粒子照射装置について説明する。本実施の形態における荷電粒子照射装置は、ガスクラスターを生成するノズル部11、イオン化電極12、加速電極13、クラスター選別部14を有している。尚、クラスター選別部14は本実施の形態の荷電粒子選別装置に相当する。
【0022】
ノズル部11では、圧縮されたガスによりガスクラスターが生成される。具体的には、高圧状態でノズル部11に供給されたガスが、ノズル部11より噴出することにより、ガスクラスターが生成される。この際に用いられるガスは、酸素及びアルゴン等のガスであり、常温で気体状態を示すものが好ましい。
【0023】
このように、アルゴン等を供給することにより、アルゴン等のガスクラスターが生成されるが、生成されるガスクラスターの原子の数は一定ではなく、様々な原子の数のガスクラスターが生成される。
【0024】
イオン化電極12では、生成されたガスクラスターをイオン化する。これにより、生成されたガスクラスターがイオン化されるが、イオン化される価数は一定ではなく、1価、2価、3価等にイオン化されたガスクラスターが生成される。
【0025】
次に、加速電極13によりイオン化したガスクラスターが加速される。この際、ガスクラスターは、ガスクラスターを構成する原子の数の平方根、即ち、質量の平方根に反比例する速度で加速される。また、イオン化されている価数の平方根に比例する速度で加速される。
【0026】
次に、クラスター選別部14においてガスクラスターがイオン化されている価数に応じて選別される。本実施の形態では、1価のイオン化したガスクラスター15のみを選別することができる。
【0027】
尚、本実施の形態では、イオン化したガスクラスター15について、価数に応じて選別する方法について説明するが、同様の装置構成によりイオン化したガスクラスター15について質量数に応じて選別することも可能である。
【0028】
クラスター選別部14について、図2に基づき説明する。図2は、本実施の形態におけるクラスター選別部14の構成図である。
【0029】
本実施の形態におけるクラスター選別部14は、1組の電界印加部21、スリット24及び電源25を有している。
【0030】
電界印加部21は、電極22及び23により構成されており、電極22と電極23との間に電圧を印加することにより電極22と23との間に電界を発生させる。
【0031】
電圧の印加は電源25によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極22に対し、電極23には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源25により調整可能である。
【0032】
また、スリット24は、電界印加部21を通過した粒子のうち、電界印加部21により偏向された粒子が通過することが可能な開口部24aを有しており、直進方向に進む粒子は、破線の矢印で示すように、スリット24の開口部24aを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部14では、実線の矢印で示されるような、電界印加部21により偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【0033】
図3に示すように、本実施の形態では、電界印加部21を構成する電極22及び23が、金属等の導電性材料からなる導体棒を複数配列した構成となっている。図3は、電界印加部21の斜視図であり、図4(a)は、電界印加部21の側面図であり、図4(b)は、電界印加部21の上面図である。イオン化したクラスターは矢印Aに示す方向に進行する。電界印加部21を構成する電極22及び23は、複数の導体棒22a及び23aが略平行に配列した構成となっている。導体棒22aは、導体棒22aの延びる方向が、イオン化したクラスターの進行方向である矢印Aに示す方向と略垂直方向となるように配置されており、矢印Aに示す方向に沿って配列されている。同様に、導体棒23aの延びる方向は、イオン化したクラスターの進行方向である矢印Aに示す方向と略垂直方向となるように配置されており、矢印Aに示す方向に沿って配列されている。このように導体棒22a及び23aを配置することにより、所定の条件において、電極22と電極23との間における電界分布を略均一なものとすることができる。
【0034】
ここで、導電棒22a及び23aの配置と電界分布の関係について説明する。具体的には、図4に示すように、電極22を構成する複数の導体棒22aが配列されているピッチをPとし、電極22と電極23との間隔をDとした場合における電界分布の状態を調べた結果について説明する。尚、電極23を構成する複数の導体棒23aが配列されているピッチも電極22と同じピッチPで配列されている。
【0035】
図5は、D/Pの値が0.5となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極22と電極23との間で乱れており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することは困難なものと考えられる。
【0036】
図6は、D/Pの値が1となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。この場合も図5と同様に、電界分布は電極22と電極23との間で乱れており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【0037】
図7は、D/Pの値が2となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極22と電極23との間で略均一に分布しており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【0038】
図8は、D/Pの値が2.5となるように、導電棒22a及び23aを配列した構成の電極22及び電極23において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極22と電極23との間でより一層均一に分布しており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【0039】
以上の結果より、D/Pの値が1以上であれば、電極間における電界分布を均一にすることができ、イオン化したクラスターを適切に偏向することができるものと考えられる。
【0040】
また、本実施の形態では、電極22及び23は、各々導体棒22a及び23aを各々所定の間隔に配置した構成であることから、近傍に排気系を有していても、導体棒22a間又は導体棒23a間より気流が排出される。このため、電極22及び23を設けた場合においても、排気される気流に殆ど影響を与えることがなく、イオン化されたクラスターの偏向特性に悪影響を与えることはない。
【0041】
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態におけるクラスター選別部14を構成する電界印加部の電極を網目状に形成したものである。
【0042】
図9に、本実施の形態における電界印加部における電極の構成を示す。本実施の形態における電圧印加部は、細い銅線等を縦横に配列させた網目状の電極32及び33により構成されており、電極32及び33に電圧を印加することにより、電極32及び33の間に電界分布を生じさせる。
【0043】
本実施の形態では、網目状に構成されている電極32及び33は開口部を有しており、電極32及び33の近傍に排気系等が存在していても、この開口部において気流を流すことができるため、排気等の気流を遮ることなく、イオン化したクラスターの偏向特性に悪影響を与えることはない。
【0044】
本実施の形態における電界印加部は、第1の実施の形態における電界印加部21と同様に用いることができ、これにより、ガスクラスターを選別する荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を得ることができる。
【0045】
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における電極又は第2の実施の形態における電極により構成される電界印加部を複数有する構成の荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置である。
【0046】
図10に本実施の形態における荷電粒子選別装置の構成を示す。この荷電粒子装置は、2つの電界印加部41、42、スリット43及び電源44を有している。
【0047】
電界印加部41は、電極51及び52により構成されており、電極51と電極52との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部42は、電極53及び54により構成されており、電極53と電極54との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【0048】
電圧の印加は電源44によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極51と54とは電気的に接続されており、また、電極52と53とは電気的に接続されている。電極51及び54に対し、電極52及び53には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加される。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源44により調整可能である。また、スリット43は、2組の電界印加部41及び42を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部43aを有している。
【0049】
この荷電粒子選別装置において、電極51、52、53及び54は、第1の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第2の実施の形態における網目状に構成されている。
【0050】
このような構成により、電界印加部41及び42により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット43の開口部43aを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【0051】
次に、図11に本実施の形態における荷電粒子選別装置の別の構成を示す。この荷電粒子装置は、3つの電界印加部61、62及び63、スリット64及び電源65を有している。
【0052】
電界印加部61は、電極71及び72により構成されており、電極71と電極72との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部62は、電極73及び74により構成されており、電極73と電極74との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部63は、電極75及び76により構成されており、電極75と電極76との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【0053】
電圧の印加は電源65によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極71、74及び75は電気的に接続されており、また、電極72、73及び76は電気的に接続されている。電極71、74及び75に対し、電極72、73及び76には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加される。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源65により調整可能である。また、スリット64は、3組の電界印加部61、62及び63を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部64aを有している。
【0054】
この荷電粒子選別装置において、電極71、72、73、74、75及び76は、第1の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第2の実施の形態における網目状に構成されている。
【0055】
このような構成により、電界印加部61、62及び63により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット64の開口部64aを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【0056】
次に、図12に本実施の形態における荷電粒子選別装置の更に別の構成を示す。この荷電粒子装置は、4つの電界印加部81、82、83、84、スリット85及び電源86を有している。
【0057】
電界印加部81は、電極91及び92により構成されており、電極91と電極92との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部82は、電極93及び94により構成されており、電極93と電極94との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部83は、電極95及び96により構成されており、電極95と電極96との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部84は、電極97及び98により構成されており、電極97と電極98との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【0058】
電圧の印加は電源86によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極91、94、95及び98は電気的に接続されており、また、電極92、93、96及び97は電気的に接続されている。電極91、94、95及び98に対し、電極92、93、96及び97には、位相が180°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加される。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源86により調整可能である。また、スリット85は、4組の電界印加部81、82、83及び84を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部85aを有している。
【0059】
この荷電粒子選別装置において、電極91、92、93、94、95、96、97及び98は、第1の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第2の実施の形態における網目状に構成されている。
【0060】
このような構成により、電界印加部81、82、83及び84により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット85の開口部85aを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【0061】
本実施の形態においては、電界印加部が複数設けられた場合、即ち、形成される電極が多くなった場合においても、排気等の気流に影響を与えることなく、イオン化したクラスターを適切に偏向することができる。
【0062】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【0063】
11 ノズル部
12 イオン化電極
13 加速電極
14 クラスター選別部
21 電界印加部
22 電極
22a 導体棒
23 電極
23a 導体棒
24 スリット
25 電源
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、
前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、
前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、
前記電界印加部は2枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、
前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする荷電粒子選別装置。
【請求項2】
前記電極における開口部又は間隙は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に対し、垂直方向に設けられたものであることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項3】
前記電極は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向と垂直方向に延びる複数の導体棒を、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に沿って配列させたものであることを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項4】
前記電極を構成する導体棒のピッチをPとし、前記電極間の間隔をDとした場合に、D/Pの値は1以上であることを特徴とする請求項3に記載の荷電粒子電別装置。
【請求項5】
前記電極は、網目状に形成されているものであることを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子電別装置。
【請求項6】
前記電界印加部は、複数設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の荷電粒子電別装置。
【請求項7】
ガスクラスターを生成するガスクラスター生成部と、
前記ガスクラスターをイオン化するイオン化電極と、
前記イオン化したガスクラスターを加速するための加速電極と、
前記加速したイオン化したガスクラスターにおいて、所定の価数のイオン化したガスクラスターを選別するための請求項1から6のいずれかに記載の荷電粒子選別装置と、を有し、
前記荷電粒子選別装置より射出されたイオン化したガスクラスターを部材に照射することを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項1】
イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、
前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、
前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、
前記電界印加部は2枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、
前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする荷電粒子選別装置。
【請求項2】
前記電極における開口部又は間隙は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に対し、垂直方向に設けられたものであることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項3】
前記電極は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向と垂直方向に延びる複数の導体棒を、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に沿って配列させたものであることを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項4】
前記電極を構成する導体棒のピッチをPとし、前記電極間の間隔をDとした場合に、D/Pの値は1以上であることを特徴とする請求項3に記載の荷電粒子電別装置。
【請求項5】
前記電極は、網目状に形成されているものであることを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子電別装置。
【請求項6】
前記電界印加部は、複数設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の荷電粒子電別装置。
【請求項7】
ガスクラスターを生成するガスクラスター生成部と、
前記ガスクラスターをイオン化するイオン化電極と、
前記イオン化したガスクラスターを加速するための加速電極と、
前記加速したイオン化したガスクラスターにおいて、所定の価数のイオン化したガスクラスターを選別するための請求項1から6のいずれかに記載の荷電粒子選別装置と、を有し、
前記荷電粒子選別装置より射出されたイオン化したガスクラスターを部材に照射することを特徴とする荷電粒子照射装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2011−3458(P2011−3458A)
【公開日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−146766(P2009−146766)
【出願日】平成21年6月19日(2009.6.19)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】(592216384)兵庫県 (258)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年6月19日(2009.6.19)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】(592216384)兵庫県 (258)
【Fターム(参考)】
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